细胞中的元素和无机化合物
新课标 核心素养
1.认识水分子的特性及其在细胞中存在形式。2.理解水在生物体中的重要作用。3.以具体实例说出无机盐在细胞中的含量。4.说出无机盐在细胞中发挥的作用。 1.生命观念——从结构和功能相适应这一视角，解释细胞由多种多样的分子组成。2.科学思维——能基于特定的生物学事实，采用归纳与概括、演绎与推理等方法，以文字、图示的形式，说明分子与细胞的相关概念。
知识点(一)构成细胞的元素
1．分类
(1)大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg、Na、Cl等。
(2)微量元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo、Co、Se等。
2．特点
(1)组成生物体的任何一种元素在无机自然界都能找到。
(2)不同生物体内所含元素种类基本相同，但每种元素的含量存在一定的差异。
(1)无机自然界存在的元素在人体细胞中均可找到(×)
(2)在人体细胞中存在的元素在无机自然界均可找到(√)
(3)碳是细胞中干重条件下含量最多的元素(√)
(4)微量元素并不是生物体生长所必需的(×)
(5)克山病是由于缺少大量元素硒(×)
1．(生命观念)占细胞鲜重和干重最多的元素分别是什么元素？
提示：鲜重条件下含量最多的元素是O，干重条件下含量最多的元素是C。
2．(科学思维)如何确定一种元素是生物体的必需元素？
提示：缺乏了就会出现相应的症状，补充后相应的症状消失。
1．某同学在配制培养植物的培养基时使用了NH4NO3、KNO3、CaCl2·2H2O、MgSO4·7H2O、螯合铁溶液、微量元素溶液，但缺少了一种必需的大量元素，为补充这种元素，应添加的化合物是( )
A．Ca(NO3)2 B．KCl
C．KH2PO4 D．K2SO4
解析：选C 该同学在配制培养植物的培养基时使用了NH4NO3、KNO3、CaCl2·2H2O、MgSO4·7H2O、螯合铁溶液、微量元素溶液，但缺少了一种必需的大量元素，从提供的物质看缺少P元素，为补充这种元素，应添加的化合物是KH2PO4，C正确。
2．科学家在研究生物体的化学成分时，发现组成生物体的元素在非生物界中也都存在，这一事实主要说明( )
A．生物与非生物没有区别
B．生物界与非生物界具有统一性
C．生物与非生物的化学组成完全一样
D．生物界与非生物界具有差异性
解析：选B 组成生物体的元素在非生物界都有，说明生物界起源于非生物界，生物界与非生物界具有统一性。
[归纳提升]
1．生物界与非生物界的统一性和差异性
(1)统一性：从元素的种类分析，组成生物体的元素在无机自然界中都能找到，没有一种元素为生物体所特有。
(2)差异性：从元素的含量分析，组成生物体的元素在生物体内和无机自然界中的相对含量差异很大。
2．组成细胞的元素
(1)种类：细胞中常见的化学元素有20多种。
(2)含量：如图甲、乙所示分别为组成人体细胞的主要元素占细胞鲜重和干重的百分比。
由图甲、乙可知，在人体细胞内：
①细胞鲜重中含量最多的元素是O，细胞鲜重中元素含量依次为O＞C＞H＞N。
②细胞干重中含量最多的元素是C，细胞干重中元素含量依次为C＞O＞N＞H。
③无论是细胞鲜重还是细胞干重，组成细胞的元素中C、H、O、N这四种元素的含量最多。
(3)分类：
大量元素和微量元素
种类 概念 举例 功能
大量元素 含量占生物体总量的万分之一以上的元素 C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg、Na、Cl等 ①组成多种多样的化合物；②影响生物体的生命活动
微量元素 指生物生活所必需的，但是含量很少的元素 Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Co、Se等
巧学妙记
主要元素、基本元素和最基本元素
种类 举例 原因
主要元素 C、H、O、N、P、S 这六种元素占人体细胞鲜重的97%以上
基本元素 C、H、O、N 无论是细胞鲜重还是细胞干重，这四种元素的含量最多
最基本元素 C 碳原子能与其他原子形成4个共价键，易与其他原子结合形成复杂的有机物，有机物是生命活动的物质基础
知识点(二)水和无机盐是细胞中的无机化合物
1．细胞中的水
(1)自由水的功能：参与细胞各种代谢活动。
①是良好的溶剂。
②作为生物生化反应的介质。
③作为反应物参与生物化学反应。
④运送营养物质，排出代谢废物。
(2)结合水的功能：是组成细胞结构的重要成分。
2．细胞中的无机盐
(1)存在形式：常以离子形式存在。
(2)作用：维持细胞的渗透压和生物体液的酸碱平衡；合成有机物以及某些具有特殊生理功能物质的原料。
(3)含量异常症举例：
①哺乳动物：缺少Ca2＋时，会出现肌肉抽搐现象；Ca2＋过多时，会出现肌肉乏力现象。
②番茄：缺少Ca2＋时，果实会出现脐腐现象；缺少K＋时，老叶尖端和边缘会出现失绿现象。
(1)蛋白质是细胞内含量最多的化合物(×)
(2)结合水参与细胞内的各种代谢活动(×)
(3)细胞中的无机盐一般以离子形式存在 (√)
(4)水分子的空间结构与电荷的不对称分布，使其具有极性(√)
(5)很多无机盐可与蛋白质等物质结合成复杂的化合物，参与细胞的各种生命活动(√)
(6)无机盐能够维持细胞的正常形态和功能(√)
1．(生命观念，科学思维)生物体内的水就是细胞内的水，这种说法对吗？
提示：不对，生物体内的水≠细胞内的水，生物体内的水除了存在于细胞内，还存在于细胞之间。
2．(生命观念)晒干的种子中是否还含有水？
提示：晒干的种子仍然有生命活力，在晒干的过程中主要是大量的自由水蒸发散失，但结合水含量基本不变，从而使种子的代谢强度减弱、抗逆性增强。
3．(科学思维)酷暑季节，室外作业的工人会大量出汗，有同学认为工人应多喝纯净水以补充散失的水分。请结合所学知识，评价上述说法是否合理，并说出评价依据。
提示：不合理。工人大量出汗排出水的同时，会排出过多的无机盐，从而导致体内的无机盐含量减少，而纯净水几乎不含无机盐。
1．如图为对刚收获的种子所做的一系列处理，据图分析下列有关说法正确的是( )
A．①和②均有生命活力，但是含水量不同
B．①→②的过程中没有发生水存在形式之间的转化
C．④和⑤是同一种物质，但是在细胞中的存在形式不同
D．②不含水分，可作为种子储藏
解析：选C 失去大量结合水的②不再具有生命活力，A错误；烘干过程中部分结合水转化为自由水散失，B错误；④和⑤都是水，但是在细胞中存在形式不同，④是来自细胞中的自由水，⑤主要是来自细胞中的结合水，C正确；②不再具有生命活力，不能作为种子储藏，D错误。
2.无机盐对于维持生物体的生命活动具有重要作用。下列相关叙述错误的是( )
A．蔬菜中的草酸不利于机体对食物中钙的吸收
B．缺铁会导致哺乳动物血液运输O2的能力下降
C．KH2PO4也能为生物体提供能量
D．植物秸秆燃烧产生的灰烬中含有丰富的无机盐
解析：选C 草酸是生物体的一种代谢产物，广泛分布于植物、动物和真菌体中，草酸容易与钙离子结合形成草酸钙，不利于机体对食物中钙的吸收，A正确；哺乳动物缺铁，会影响血红蛋白的合成，导致血液运输O2的能力下降，B正确；无机物不能为生物体提供能量，C错误；植物秸秆燃烧产生的灰烬中含有丰富的无机盐，D正确。
[归纳提升]
1．细胞中的水
(1)水的含量：
①一般地说，水在活细胞的各种化学成分中含量最多。
②影响生物体含水量的因素
影响因素 含水量比较
生物种类 水生生物＞陆生生物
生长发育阶段 幼儿时期＞成年时期＞老年时期；植物幼嫩部分＞植物老熟部分
组织、器官种类与代谢程度 血液＞骨骼肌＞牙齿
(2)水在细胞内的存在形式与功能：
存在形式 自由水 结合水
特点 以游离的形式存在，可以自由流动，易蒸发 与细胞内的其他物质相结合
含量 约占细胞内全部水分的95.5% 约占细胞内全部水分的4.5%
功能 ①细胞内的良好溶剂；②参与细胞内的生化反应；③为细胞提供液体环境；④运输营养物质和代谢废物 细胞的重要组成成分
联系 自由水和结合水在一定条件下可相互转化：①细胞内结合水主要以氢键的形式与蛋白质、多糖、磷脂等物质结合，当温度升高时，水分子动能增加，会挣脱氢键的束缚成为自由水；②血液凝固时，部分自由水转化为结合水
(3)自由水与结合水的相对含量变化对细胞的影响及实例：
①自由水与结合水的相对含量决定细胞代谢的强弱
②根据自由水与结合水的相对含量对代谢的影响，在生产中有如下应用
a．储存种子前，晒干是为了减少自由水含量，降低代谢速率，以延长种子寿命。
b．适量浇水，增加自由水含量，有助于种子萌发。
c．越冬作物减少灌溉，可提高作物对低温的抗性。
③细胞中两种形式的水含量不同，可以影响到器官或组织的形态特点，如心肌和血液含水量相当，但心肌中结合水含量相对较高，血液中自由水含量相对较高(需要注意在心肌和血液中都是自由水含量大于结合水含量)。
2．细胞中的无机盐
(1)无机盐的含量：
无机盐在细胞中含量很少，仅占细胞鲜重的1%～1.5%。
(2)无机盐的存在形式及实例：
存在形式 实例
多数以离子形式存在 含量较多的阳离子有Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋等，阴离子有Cl－、SO、PO、HCO等
少数与其他化合物结合 Ca是动物骨骼和牙齿的成分，Fe是血红蛋白的成分，Mg是叶绿素的成分等
(3)无机盐的生理功能：
生理功能 举例
组成某些复杂化合物 ①Mg是叶绿素分子必需的成分；②Fe是血红蛋白的重要成分；③I是形成甲状腺激素的成分
维持细胞和生物体的生命活动 哺乳动物的血液中必须含有一定量的Ca2＋，如果Ca2＋的含量太低，会出现抽搐等症状
维持细胞的渗透压和生物体液的酸碱平衡 ①渗透压的平衡：Na＋、Cl－对维持血浆等的渗透压有重要作用，K＋对维持细胞内液的渗透压起决定作用；②酸碱平衡：无机盐离子组成重要的缓冲体系，如H2PO/HPO和H2CO3/HCO等来调节并维持酸碱平衡
[归纳总结]
常见无机盐的功能与缺乏症
种类 功能 缺乏时引起的症状
Fe 血红蛋白的重要组成成分 缺铁性贫血症
Mg 叶绿素的重要组成成分 植物叶绿素合成受阻，影响光合作用
Zn 很多酶的组成成分 生长发育不良，生殖腺功能受影响
[学习小结]
1．在人体中，C、H、N三种元素的质量分数约为73%，而这三种元素在岩石圈中的质量分数还不到1%。这个事实说明( )
A．生物界与非生物界的统一性
B．生物界与非生物界的差异性
C．各种元素在无机自然界中都可找到
D．生物界的特殊性
解析：选B 由题意可知，在人体中，C、H、N三种元素的质量分数约为73%，在岩石圈中这三种元素的质量分数还不到1%，说明在生物界和非生物界中元素的含量不同，即生物界和非生物界之间具有差异性。
2．下列有关生物细胞组成元素的叙述，错误的是( )
A．不同生物细胞的组成元素的种类大体相同
B．在细胞鲜重中含量最多的元素是氧元素
C．在同一生物的不同细胞内，各种元素的相对含量相同
D．组成生物体的元素，在无机自然界中都能找到
解析：选C 不同生物的细胞中元素的种类基本相同，A正确；在细胞鲜重中含量最多的元素是氧元素，B正确；在同一生物的不同细胞内，各种元素的相对含量可能不同，C错误；组成生物体的元素，在无机自然界中都能找到，这体现了生物界与非生物界的统一性，D正确。
3．收获的水稻等谷类经日光曝晒后，可保存较长时间，其主要原理是( )
A．自由水减少，代谢水平下降
B．结合水减少，代谢水平下降
C．结合水增多，代谢水平升高
D．自由水增多，代谢水平升高
解析：选A 水稻等谷类经日光曝晒，丢失的是自由水，自由水减少，新陈代谢水平下降，有利于种子的保存。
4．当细胞的新陈代谢由微弱到旺盛时，自由水与结合水的比值一般会( )
A．升高 B．降低
C．无变化 D．波动无规律
解析：选A 自由水与细胞代谢密切相关，细胞代谢越旺盛，自由水就越多，自由水与结合水的比值越高。
5．下列关于无机盐的叙述，正确的是( )
A．缺铁性贫血是因为体内缺少Fe3＋，血红蛋白不能合成
B．Mg2＋是叶绿素的成分之一，缺Mg2＋影响光合作用
C．球场上运动员下肢肌肉发生抽搐而倒地是随着汗液丢失了过多的钠盐所致
D．缺少K＋对番茄植株无影响
解析：选B 缺铁性贫血是因为体内缺少Fe2＋；Mg2＋是叶绿素的成分之一，缺Mg2＋影响光合作用；运动员下肢肌肉抽搐是血钙过低所致；番茄缺少K＋，叶片会失绿。
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7第1课时 蛋白质的结构与功能
新课标 核心素养
1.明确蛋白质通常由常见的20种氨基酸分子组成，它的功能取决于氨基酸序列及其形成的空间结构。2.阐明细胞的功能主要由蛋白质完成。 1.生命观念——从结构与功能相适应这一视角，理解蛋白质的结构及其多样性与蛋白质功能多样性的关系。2.科学思维——归纳与概括蛋白质的结构与功能。
知识点(一)细胞的功能主要由蛋白质完成
一、氨基酸及其种类
请结合组成蛋白质的氨基酸的结构简式判断，下列叙述正确的是①③④⑥。
①都含有C、H、O、N四种元素；
②都含有一个氨基和一个羧基；
③都有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上；
④氨基酸的种类不同，R基不同；
⑤非必需氨基酸不能在人体中合成；
⑥已知丙氨酸的R基为—CH3，则丙氨酸分子中所含碳原子和氮原子的个数分别是3、1。
二、蛋白质的结构及其多样性
1．氨基酸的脱水缩合
(1)此生理过程的名称是脱水缩合。
(2)写出字母代表的结构或名称：
a．肽键，b.二肽。
(3)判断产物H2O中原子的来源：
(4)多肽中氨基或羧基的含量：至少个。
2．蛋白质的结构层次
3．蛋白质的结构多样性原因
组成肽链的氨基酸的种类、数量、排列顺序的不同，肽链的数量和空间结构不同。
三、蛋白质的功能(连线)
(1)人体需要的氨基酸称为必需氨基酸(×)
(2)不同氨基酸之间的差异是由R基引起的，不同氨基酸的理化性质是由R基决定的(√)
(3)每种氨基酸分子只含有一个氨基和一个羧基，且都连在同一个碳原子上(×)
(4)氨基、羧基、R基的书写格式分别是NH2、COOH、R(×)
(5)氨基酸脱水缩合形成的5肽中含有5个肽链(×)
(6)氨基酸种类、数量及排列顺序都相同的蛋白质是同一种蛋白质(×)
(7)高温会使蛋白质的肽键断裂(×)
(8)蛋白质的空间结构破坏后，功能不变(×)
1．(生命观念)组成蛋白质的氨基酸有什么特点？
提示：①一个数目标准：至少含有一个氨基(—NH2)和一个羧基(—COOH)。
②一个位置标准：都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上，且这个碳原子上还连接一个氢原子(—H)和一个R基。
2．(生命观念)氨基酸脱水缩合形成二肽，写出二肽的结构通式，并标出肽键的位置。
提示：
3．(科学思维)煮熟的鸡蛋和肉类更容易消化，请分析其中的原因。
提示：高温使蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散，容易被蛋白酶水解。
4．(社会责任)人畜误食铜盐、汞盐、铅盐等重金属盐中毒，你认为应采用怎样的措施解毒，为什么？
提示：服用蛋清、牛奶或豆浆。因为蛋清、牛奶或豆浆中主要含有蛋白质，它们与重金属盐迅速发生反应，从而保护人畜。
1．.如图为构成蛋白质的氨基酸分子的结构通式，下列叙述错误的是( )
A．自然界中结构④在生物体内有20种
B．氨基酸理化性质的不同是由结构④不同决定的
C．从图中可以看出，一个氨基酸一定仅含有一个氨基(—NH2)和一个羧基(—COOH)
D．若甘氨酸的结构简式为，则甘氨酸是构成蛋白质的氨基酸中相对分子质量最小的氨基酸
解析：选C 图中①为氨基，③为羧基，④为侧链基团(R基)。生物体中组成蛋白质的氨基酸有20种，而R基是氨基酸分类的重要依据，A正确；氨基酸的不同仅仅是侧链基团(R基)不同，R基决定了氨基酸理化性质的不同，B正确；一个氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基，R基中也可能含有氨基或羧基，C错误；由甘氨酸的结构简式可知，甘氨酸的R基为—H，因此甘氨酸是构成蛋白质的氨基酸中相对分子质量最小的氨基酸，D正确。
2．下列是四个构成蛋白质的氨基酸的结构简式，相关叙述错误的是( )
A．构成上述氨基酸分子的基本元素是C、H、O、N
B．上述四种氨基酸的R基依次是—H、—CH3、—CH2OH、—CH2COOH
C．R基中可以有氨基或羧基
D．只要含有氨基和羧基的化合物就是构成蛋白质的氨基酸
解析：选D 根据氨基酸的结构通式可知，各种氨基酸都含有C、H、O、N四种元素。在甲、乙、丙、丁四个氨基酸中先找出连接在同一个碳原子上的—NH2和—COOH以及—H，则剩下的就是R基。氨基酸的R基中可能含有氨基或羧基。只根据是否含氨基和羧基不能判断某个化合物是否是构成蛋白质的氨基酸。
3．下图为一条肽链的分子结构简式，下列有关分析错误的是( )
A．这条肽链中的肽键数目是2个
B．构成肽链的氨基酸数目是2个
C．合成蛋白质的生理过程称为脱水缩合
D．在合成该肽链时形成2个水分子
解析：选B 根据图示结构可知，该肽链中含有2个肽键，说明该多肽是由3个氨基酸脱水缩合形成的，在此过程中形成了2个水分子。
4．蛋白质的结构和功能是多种多样的。下列有关叙述错误的是( )
A．蛋白质功能的多样性是由蛋白质结构的多样性决定的
B．蛋白质的结构多样性与组成蛋白质的氨基酸的数目、种类、排列顺序不同有关
C．低温和高温都可能使蛋白质的功能发生不可逆转的改变
D．蛋白质是生命活动的主要承担者
解析：选C 高温可使蛋白质变性，发生不可逆转的变化，低温条件不会使蛋白质变性。
[归纳提升]
1．蛋白质的概述
(1)
(2)基本单位：氨基酸。
2．氨基酸及其种类
(1)元素组成：C、H、O、N，有的含有S等。
(2)结构通式：
(3)结构特点：
①数量上：至少含有一个氨基(—NH2)和一个羧基(—COOH)。R基中也可能含有氨基或羧基，如赖氨酸的R基中含有氨基，天冬氨酸的R基中含有羧基。
②位置上：都有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上。这个碳原子还连接一个氢原子和一个侧链基团(R)。
(4)种类：
①自然界中的氨基酸种类很多，但在生物体中组成蛋白质的氨基酸约为20种，但不一定每种蛋白质都含20种氨基酸。
名师提醒：氨基酸≠组成蛋白质的氨基酸：氨基酸是指含有氨基和羧基的一类有机物，但不符合“有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上”这一条件的氨基酸，不是组成蛋白质的氨基酸。
②根据能否在人体内合成，可将氨基酸分为必需氨基酸和非必需氨基酸
3．氨基酸的结合方式——脱水缩合
(1)相关概念：
①脱水缩合：一个氨基酸分子的中心碳原子上的羧基(—COOH)和另一个氨基酸分子的中心碳原子上的氨基(—NH2)相连接，同时脱去一分子的水，这种结合方式叫脱水缩合。
②肽键：氨基酸分子之间脱水缩合形成的化学键叫肽键。
③二肽：由两个氨基酸分子脱水缩合而成的含一个肽键的物质。
④多肽：由n个(n≥3)氨基酸分子以肽键彼此相连形成的物质，称为n肽，也称为多肽。
⑤肽链：多肽通常呈链状结构，叫肽链。
(2)过程图解：
4．蛋白质的结构
(1)蛋白质的结构层次：
(2)蛋白质分子结构的多样性：
①原因
②蛋白质的结构多样性决定了蛋白质的功能也具有多样性。
名师提醒：a.蛋白质分子结构多样性的原因中，只要符合其中一点，就说明两种蛋白质结构不同。
b．某些化学物质如强酸、强碱、重金属盐等可使蛋白质的空间结构发生改变。
(3)蛋白质功能的多样性：
蛋白质结构的多样性决定了蛋白质功能的多样性，其部分功能及举例如表所示。
功能 举例
催化 生物体内各种生物化学反应几乎都是在蛋白质类酶的催化下进行的
运输 血红蛋白运输氧气；脂蛋白随血流将脂质从肝脏运输到身体其他部位
运动 肌肉中的一些蛋白质与肌肉的收缩、舒张有关
结构 细胞质膜主要由蛋白质和磷脂构成
防御 抗体具有免疫功能；凝血因子能保护受伤的血管
调控 某些激素属于蛋白质，能调节、控制细胞的生长、分化、遗传信息的表达
知识点(二)检测生物组织中的蛋白质
1．检测生物组织中的蛋白质的常用试剂是双缩脲试剂。
2．配制质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液和质量浓度为0.01_g/mL的CuSO4溶液，两种溶液配合使用，称为双缩脲试剂。
3．加入NaOH溶液后，试管中的溶液呈碱性，肽键与Cu2＋形成紫色的复杂化合物。
(1)斐林试剂与双缩脲试剂所使用的溶液完全相同(×)
(2)双缩脲试剂的使用过程中不需要加热(√)
(3)双缩脲试剂与蛋白质反应生成紫色化合物(√)
1．(生命观念)斐林试剂与双缩脲试剂所使用的溶液有何区别？
提示：斐林试剂：0.1 g/mL NaOH溶液和0.05 g/mL CuSO4溶液。
双缩脲试剂：0.1 g/mL NaOH溶液和0.01 g/mL CuSO4溶液。
2．(生命观念)若以小麦种子细胞匀浆为实验材料，检测小麦种子中是否存在蛋白质，请说出实验基本步骤。
提示：取适量小麦种子匀浆加入试管中，向试管中先加入2 mL NaOH溶液，轻轻振荡，摇匀，再加入3～4滴CuSO4溶液，摇匀后观察现象。
1．用稀碘液、苏丹Ⅲ染色液和双缩脲试剂测得甲、乙、丙三种植物的干种子中三大类有机物颜色反应如表所示，其中“＋”的数量代表颜色反应深浅程度，下列有关说法不正确的是( )
试剂种类 稀碘液 苏丹Ⅲ染色液 双缩脲试剂
甲 ＋＋＋＋ ＋＋ ＋
乙 ＋＋ ＋＋＋＋ ＋＋
丙 ＋ ＋＋ ＋＋＋＋
A．乙种子中主要含蛋白质
B．稀碘液、苏丹Ⅲ染色液和双缩脲试剂与相应的物质发生的颜色反应分别是蓝色、橘黄色和紫色
C．在观察颜色时有可能用到光学显微镜
D．这三种试剂使用时均不需要水浴加热
解析：选A 稀碘液用于检验淀粉的存在，其颜色反应为蓝色；苏丹Ⅲ染色液能将脂肪染成橘黄色；双缩脲试剂用于检验蛋白质的存在，其颜色反应为紫色。分析题表可知，甲种子中主要含淀粉，乙种子中主要含脂肪，丙种子中主要含蛋白质。在脂肪的检测中有可能用到光学显微镜。
2．下列有关生物体中化合物的检测实验，对应不正确的是( )
选项 检测对象 试剂 颜色 水浴加热 生物材料
A 淀粉 稀碘液 蓝色 不需要 马铃薯块茎
B 还原糖 斐林试剂 砖红色 需要 还原糖含量较高的白色植物组织
C 蛋白质 双缩脲试剂 紫色 需要 豆浆、牛奶、鸡蛋清
D 脂肪 苏丹Ⅲ染色液 橘黄色 不需要 花生种子
解析：选C 淀粉遇稀碘液变蓝色；脂肪能被苏丹Ⅲ染色液染成橘黄色；蛋白质与双缩脲试剂发生紫色反应；还原糖(如葡萄糖、果糖)与斐林试剂发生作用，生成砖红色沉淀。在以上颜色反应中，只有还原糖的检测实验需要水浴加热。
[归纳提升]
1．检测蛋白质
(1)检测原理：蛋白质与双缩脲试剂发生紫色的颜色反应。
(2)检测过程及结论：
名师提醒：a.双缩脲试剂使用时，应先加质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液造成碱性环境，再加质量浓度为0.01 g/mL的CuSO4溶液，CuSO4溶液不能多加，否则，CuSO4溶液的蓝色将遮盖颜色反应的真实结果。
b．用于蛋白质检测的鸡蛋清，必须按要求稀释，否则必然影响实验效果，而且实验后易粘住试管壁，不易洗刷。若用豆浆作实验材料，也应稀释，效果更好。
c．做实验前要预留组织样液便于对照。
2．斐林试剂与双缩脲试剂的比较
比较项目 斐林试剂 双缩脲试剂
成分 质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液 质量浓度为0.05 g/mL的CuSO4溶液 质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液 质量浓度为0.01 g/mL的CuSO4溶液
检测物质 还原糖 蛋白质
使用方法 两种溶液等量混匀后立即使用 先加入NaOH溶液2 mL，摇匀，再加入CuSO4溶液3～4滴，摇匀
原理 Cu(OH)2被还原糖还原成Cu2O 加入NaOH溶液造成碱性环境，肽键与Cu2＋形成紫色的复杂化合物
反应条件 水浴加热 不需加热，摇匀即可
反应现象 砖红色沉淀 紫色
[学习小结]
1．下列关于组成蛋白质的氨基酸概念的叙述，正确的是( )
A．氨基酸是蛋白质的组成单位，由氨基和羧基组成
B．每个氨基酸分子都含有一个氨基和一个羧基
C．一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基脱水缩合形成多肽
D．氨基酸是酸碱两性化合物，分子中至少含有一个氨基和一个羧基，且有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上
解析：选D 氨基和羧基只是氨基酸的必要部分，一个完整的氨基酸分子不只含有氨基和羧基，A错误；因每个氨基酸分子都至少含有一个氨基和一个羧基，B错误；一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基脱水缩合形成的是二肽，C错误。
2．下列不符合构成蛋白质的氨基酸的结构通式的是( )
解析：选B A、C、D项都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上，且这个碳原子还连有一个氢原子和一个可变的侧链基团，符合组成蛋白质的氨基酸的结构通式；B项的氨基和羧基没有连接在同一个碳原子上，不符合组成蛋白质的氨基酸的结构通式。
3．如图表示有关蛋白质分子的简要概念图，对图示分析错误的是( )
A．甲中可能含有S
B．①处发生的过程是脱水缩合
C．肽链分子中乙的数目等于丙的数目
D．蛋白质结构的多样性与乙的种类多样有关
解析：选C 甲是组成蛋白质的元素，组成蛋白质的元素一定有C、H、O、N，有的蛋白质含有S，A正确。①是脱水缩合，可使氨基酸形成多肽，B正确。如果只有一条链状多肽，则肽链分子中乙的数目—1＝丙的数目；如果有n条链状多肽，则肽链分子中乙的数目—n＝丙的数目，C错误。蛋白质结构的多样性与氨基酸的种类、数量和排列顺序有关，D正确。
4．现有一被检样品提取液，经双缩脲试剂检测，样液产生紫色反应；经斐林试剂检测，无明显砖红色沉淀生成；经处理后用苏丹Ⅲ染色液检测，不呈现橘黄色。该样品可能是( )
A．无糖全脱脂奶粉 B．纯天然牛奶
C．加果糖浆的果汁 D．普通豆奶粉
解析：选A 用双缩脲试剂检测，样液产生紫色反应，说明其中含有蛋白质。经斐林试剂检测，无明显砖红色沉淀生成，说明其中几乎不含还原糖。经处理后用苏丹Ⅲ染色液检测，不呈现橘黄色，说明其中不含脂肪，该样品可能是无糖全脱脂奶粉。
5．生长激素和胰岛素都是人体内对生命活动起重要调节作用的激素，但是两者功能不同，与此无关的是( )
A．氨基酸的数目、种类和排列顺序
B．构成蛋白质肽链的数目
C．构成蛋白质多肽链的空间结构
D．氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基
解析：选D 蛋白质功能不同的原因在于结构不同，结构多样性的原因是组成蛋白质的氨基酸的种类、数目和排列顺序及肽链的数目和空间结构不同。
6．图甲是血红蛋白的空间结构模式图，其含有两条α肽链，两条β肽链(α肽链和β肽链不同)。图乙表示β肽链一端的氨基酸排列顺序。请回答下列问题：
(1)图乙中①的名称是________，写出③⑤⑦处的结构名称：____________________。
(2)图乙所示的一段肽链由________种氨基酸脱水缩合而成。
(3)据两图可知一条β肽链至少含有________个羧基，若两条β肽链完全相同，则一个血红蛋白分子至少含有________个羧基。
(4)从两图可以得出，蛋白质多样性的原因是_____________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)图乙中的①是氨基，②④⑥⑧都是R基。(2)图乙所示的一段肽链中有三种R基，故此段肽链由三种氨基酸脱水缩合而成。(3)⑥⑧含有羧基，主链上含有一个羧基，所以一条β肽链至少含有三个羧基，两条β肽链至少含有六个羧基，两条α肽链至少含有两个羧基，故此蛋白质分子至少含有八个羧基。(4)蛋白质具有多样性的原因是氨基酸的数目、种类、排列顺序、多肽链的空间结构等不同。
答案：(1)氨基 肽键 (2)三 (3)三 八 (4)氨基酸的数目、种类、排列顺序、多肽链的空间结构等不同
一、蛋白质的相对分子质量、氨基酸数、肽链数、肽键数和失去水分子数的关系
(1)肽键数＝失去水分子数＝氨基酸数－肽链数(对于环状多肽来说，肽键数＝氨基酸数＝失去水分子数)。
(2)蛋白质的相对分子质量＝氨基酸数×氨基酸的平均相对分子质量－脱去水分子数×18(若有p个二硫键生成，则还应减去2p )。
肽链数目 氨基酸数 肽键数目 脱去水分子数 氨基数目 羧基数目 多肽(蛋白质)的相对分子质量
1条 n n－1 n－1 至少1个 至少1个 an－18×(n－1)
m条 n n－m n－m 至少m个 至少m个 an－18×(n－m)
注：设氨基酸的平均相对分子质量为a。
1．已知氨基酸的平均相对分子质量是128，现有一蛋白质分子由3条肽链组成，在肽链形成空间结构时，产生了4个二硫键(—SH＋—SH→—S—S—＋2H)，共有肽键97个，此蛋白质分子的相对分子质量最接近( )
A．11 046 B．11 060
C．12 800 D．12 280
解析：选A 蛋白质是由氨基酸脱水缩合形成的，蛋白质的相对分子质量＝氨基酸数×氨基酸的平均相对分子质量－失去的水分子数×水的相对分子质量＝(97＋3)×128－97×18＝11 054。由于在肽链形成空间结构时，生成了4个二硫键，失去2×4＝8个H，所以该蛋白质的相对分子质量＝11 054－8＝11 046。
2．下面为牛胰岛素结构模式图，该物质中—S—S—是由两个—SH脱去两个H形成的，下列说法正确的是( )
A．牛胰岛素为51肽，其中含有50个肽键
B．牛胰岛素中至少有2个—NH2和2个—COOH
C．牛胰岛素水解产物含有20种不同的氨基酸
D．牛胰岛素形成时，减少的相对分子质量为882
解析：选B 牛胰岛素含51个氨基酸，由2条肽链组成，含有的肽键数为51－2＝49个；至少含2个游离的—NH2和2个游离的—COOH；牛胰岛素水解可得到51个氨基酸，但并非一定是20种；牛胰岛素形成时，51个氨基酸脱水缩合的同时还减少了6个H，故减少的相对分子质量为49×18＋6＝888。
二、蛋白质中游离氨基或羧基的计算
可将肽链看作“C”与“—CO—NH—”交替连接构成的基本骨架，在“C”上连接着—R和—H，在肽链的两端分别是游离的“—NH2”和“—COOH”，如下图所示：
(1)至少含有的游离氨基或羧基数＝肽链数。
(2)游离氨基或羧基数＝肽链数＋R基中含有的氨基或羧基数。
(3)环状多肽中游离氨基或羧基数取决于构成环状多肽的氨基酸R基中的氨基或羧基数。
3．科学家发现了生物体内的第21种氨基酸——硒半胱氨酸(R基为—CH2—SeH)。由两个硒半胱氨酸和三个谷氨酸[R基为—(CH2)2—COOH]所构成的含有一条肽链的化合物。其名称、游离羧基数目分别为( )
A．四肽，5 B．四肽，3
C．五肽，4 D．五肽，3
解析：选C 5个氨基酸构成的化合物为五肽，3个谷氨酸R基上共有3个游离的羧基，多肽链一端还有1个游离的羧基，共4个游离的羧基。
4．有关下图中蛋白质的叙述，正确的是( )
A．形成该蛋白质时共脱掉126个水分子
B．该蛋白质含有两条肽链
C．该蛋白质的R基中共含17个氨基
D．该蛋白质共有111个肽键
解析：选B 氨基酸脱水缩合反应中形成的肽链数＝蛋白质中的羧基总数－R基上的羧基总数＝17－15＝2条，B正确；126个氨基酸经过脱水缩合反应形成2条肽链脱去的水分子数是126－2＝124个，A错误；蛋白质中R基上的氨基数＝蛋白质中氨基的总数－肽链数＝17－2＝15个，C错误；蛋白质中的肽键数＝氨基酸脱水缩合反应脱去的水分子数＝氨基酸个数－肽链数＝126－2＝124个，D错误。
三、链状多肽中各原子数的计算
(1)氧原子数＝肽键数＋2×肽链数＋R基上的氧原子数＝各氨基酸中氧原子的总数－脱去的水分子数。
(2)氮原子数＝肽链数＋肽键数＋R基上的氮原子数＝各氨基酸中氮原子的总数。
(3)含2个氨基的氨基酸数＝氮原子数－肽键数－肽链数。
(4)含2个羧基的氨基酸数＝(氧原子数－肽键数－2×肽链数)/2
5．某蛋白质由m条肽链、n个氨基酸组成。该蛋白质至少含有氧原子的个数是( )
A．n－m B．n－2m
C．n＋m D．n＋2m
解析：选C n个氨基酸形成m条肽链，肽键数为(n－m)个，每个肽键中有1个氧原子。每条肽链中至少有一个羧基，每个羧基中含2个氧原子。故该蛋白质至少含有氧原子的个数为n－m＋2m＝(n＋m)个。
6.某五十肽中有丙氨酸(R基为—CH3)2个，现脱掉其中的丙氨酸(相应位置如右图)得到几种不同的有机产物，其中脱下的氨基酸均以游离态正常存在。下列有关该过程产生的全部有机物中有关原子、基团或肽键数目的叙述，错误的是( )
A．肽键数目减少4个
B．氨基和羧基分别增加4个
C．氢原子数目增加8个
D．氧原子数目增加2个
解析：选D 五十肽脱掉其中的2个丙氨酸，在丙氨酸的两侧各断裂一个肽键，因此肽键数目减少4个；断裂4个肽键，即水解形成4个氨基和4个羧基；脱掉丙氨酸的过程需要4个水分子参与水解，所以氢原子数目增加8个，氧原子数目增加4个。
1．甲硫氨酸的R基是—CH2—CH2—S—CH3，则它的分子式是( )
A．C5H11O2NS B．C3H7S
C．C4H11O2S D．C5H10O2N
解析：选A 氨基酸的结构通式为，所以甲硫氨酸的分子式为C5H11O2NS。
2．全世界每年有成千上万人由于误吃毒蘑菇而死亡。鹅膏蕈碱就是一种毒蘑菇的毒素，它是一种环状八肽。若氨基酸的平均相对分子质量为128，则鹅膏蕈碱的相对分子质量约为( )
A．1 024 B．898
C．880 D．862
解析：选C 该毒素是一种环状八肽，则共由8个氨基酸组成，在形成多肽时应脱去8分子的水，故鹅膏蕈碱的相对分子质量为8×128－8×18＝880。
3．谷胱甘肽(分子式C10H17O6N3S)是存在于动植物和微生物细胞中的一种重要的三肽，它由谷氨酸(C5H9NO4)、甘氨酸(C2H5NO2)和半胱氨酸缩合而成，则半胱氨酸可能的分子式为( )
A．C3H3NS B．C3H5NS
C．C3H7O2NS D．C3H3O2NS
解析：选C 谷胱甘肽是由3个氨基酸通过脱去2分子水缩合而成的三肽。因此，根据原子守恒，这3个氨基酸的分子式叠加后应等于谷胱甘肽的分子式再加上2个水分子，即C10H17O6N3S＋2H2O＝C10H21O8N3S。故C10H21O8N3S－C5H9NO4－C2H5NO2＝C3H7O2NS(半胱氨酸)。
4．免疫球蛋白IgG的结构如下图所示，其中－S－S－表示连接两条相邻肽链的二硫键。若该IgG由m个氨基酸构成，则该IgG的肽键数是( )
A．m个 B．(m＋1)个
C．(m－2)个 D．(m－4)个
解析：选D 由氨基酸脱水缩合成蛋白质的过程中，存在这样的关系：肽键数＝脱去的水分子数＝氨基酸数－肽链数(对于非环状多肽而言)。从图中给出的信息可以判断出IgG的结构中有4条肽链，由于共有m个氨基酸，因此可以得出肽键的数量为(m－4)个。
5．三个不同的氨基酸可以合成三肽的种类，以及三种不同的氨基酸在数量足够多时能合成的三肽的种类数分别是( )
A．3，9 B．6，9
C．3，27 D．6，27
解析：选D 蛋白质的多样性与氨基酸的种类、数目、排列顺序以及肽链的数目、空间结构有关，三个不同的氨基酸合成三肽的种类是3×2×1＝6种，三种不同的氨基酸在数量足够多时能合成的三肽的种类33＝27种。
6．某多肽由20个氨基酸组成，其中含天冬氨酸4个，分别位于第5、6、15、20位(如下图所示)；肽酶X专门作用于天冬氨酸羧基端的肽键，肽酶Y专门作用于天冬氨酸氨基端的肽键。下列相关叙述正确的是( )
A．该二十肽至少含有20个肽键
B．若氨基酸的平均相对分子质量为a，则该二十肽的相对分子质量为20a
C．肽酶X完全作用后产生的多肽共含有氨基酸19个
D．肽酶Y完全作用后产生的多肽中羧基数目比二十肽多了4个
解析：选C 20个氨基酸经脱水缩合形成一条肽链，需要脱去19分子的水，形成19个肽键；在二十肽形成过程中要脱水缩合，因此二十肽的相对分子质量为20a－19×18＝20a－342；肽酶X专门作用于天冬氨酸羧基端的肽键，完全作用后第6位的天冬氨酸脱离该多肽链，剩下的多肽链中共含有19个氨基酸；肽酶Y专门作用于天冬氨酸氨基端的肽键，完全作用后断裂4个肽键，共新增加4个羧基，第5位和第20位的天冬氨酸脱离多肽链，共带走4个羧基，故产生的多肽中羧基数没变。
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15第2课时 核酸储存与传递遗传信息
新课标 核心素养
1.概述核酸的结构和功能。2.比较DNA和RNA的异同点。 1.生命观念——核酸的结构特点决定了其能储存遗传信息。2.科学思维——总结糖类、脂肪、蛋白质和核酸结构的共性。
1．核酸的种类
核酸包括脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。
2．核酸的基本单位——核苷酸
(1)种类
(2)组成
①脱氧核糖核苷酸：构成DNA的基本单位。
②核糖核苷酸：构成RNA的基本单位。
3．核酸的结构层次
4．核酸的多样性
(1)原因：组成核酸的核苷酸的数量不同和排列顺序的多样化。
(2)遗传信息的储存：①绝大多数生物的遗传信息储存在DNA分子中。②部分病毒的遗传信息储存在RNA中。
(1)组成核苷酸的五碳糖有2种(√)
(2)在DNA中含氮碱基有5种(×)
(3)所有生物的遗传物质均是DNA(×)
(4)脊髓灰质炎病毒的遗传物质为DNA(×)
非洲猪瘟是一种急性、烈性、传染性很高的传染病，其特征是发病过程短，但死亡率高达100%。该猪瘟是由一种DNA病毒引起的，加热(55 ℃条件下30分钟或60 ℃条件下10分钟)被病毒感染的血液，病毒可被破坏，许多脂溶剂和消毒剂也可以将其破坏。
1．(科学思维)该病毒的核酸与HIV的核酸有什么不同？
提示：非洲猪瘟病毒的核酸是DNA，HIV的核酸是RNA。
2．(科学思维)真核细胞和原核细胞内的DNA的分布有什么不同？
提示：真核细胞的DNA主要分布在细胞核中，在线粒体和叶绿体中也有少量分布，原核细胞的DNA主要分布在拟核中。
3．(生命观念)构成DNA和RNA的碱基共有几种？构成DNA和RNA的核苷酸共有几种？生物的遗传物质都是DNA吗？
提示：碱基共有5种，核苷酸共有8种。有细胞结构的生物，体内同时含有DNA和RNA，但是以DNA作为遗传物质。病毒体内仅含有一种类型的核酸，为DNA或者RNA，并以该核酸作为遗传物质。所以绝大多数生物的遗传物质是DNA，少数病毒的遗传物质是RNA。
1．下列关于小麦叶肉细胞中核酸分布的叙述，错误的是( )
A．DNA只存在于细胞核中，RNA只存在于细胞质中
B．DNA主要分布在细胞核中，RNA主要分布在细胞质中
C．细胞质中也存在DNA，细胞核中也存在RNA
D．叶肉细胞中的叶绿体和线粒体中均含有少量的DNA和RNA
解析：选A 小麦叶肉细胞的细胞核和细胞质中均含有DNA和RNA两种核酸，但DNA主要存在于细胞核中，RNA主要存在于细胞质中。叶肉细胞中的叶绿体和线粒体中均含有少量的DNA和RNA。
2．由1分子磷酸、1分子碱基m和1分子化合物a构成了化合物b，如图所示，下列叙述正确的是( )
A．若m为腺嘌呤，则b一定为腺嘌呤脱氧核苷酸
B．在禽流感病毒、幽门螺杆菌体内b均为4种
C．若m为尿嘧啶，则DNA中一定不含b这种化合物
D．若a为脱氧核糖，则由b构成的核酸完全水解，得到的化合物最多有8种
解析：选C 若m为腺嘌呤，则b为腺嘌呤核糖核苷酸或腺嘌呤脱氧核苷酸，A错误。禽流感病毒只有RNA，不含DNA，所以b为4种核糖核苷酸；但幽门螺杆菌有DNA和RNA，所以b有8种，包括4种核糖核苷酸和4种脱氧核苷酸，B错误。若m为尿嘧啶，是RNA特有的碱基，则DNA一定不含b，C正确。若a为脱氧核糖，则由b构成的核酸完全水解，得到的化合物最多有6种：A、G、C、T 4种碱基＋脱氧核糖＋磷酸，D错误。
[归纳提升]
1．核酸的元素组成
核酸由C、H、O、N、P五种元素组成。
2．核酸的基本组成单位：核苷酸
(1)每个核苷酸分子可水解成1分子的磷酸、1分子的五碳糖和1分子的含氮碱基，如图所示：
(2)核苷酸的分类：
根据五碳糖的不同，核苷酸可分为核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸两类。
3．核酸的种类
核酸是细胞中一类重要的生物大分子，分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)两类。
类别 DNA(脱氧核糖核酸) RNA(核糖核酸)
相同点 都由五碳糖(不能说都由核糖)、含氮碱基(A、G、C)和磷酸组成；都能储存遗传信息，控制蛋白质的合成
不同点 基本组成单位 脱氧核糖核苷酸 核糖核苷酸
五碳糖 脱氧核糖 核糖
特有含氮碱基 胸腺嘧啶(T) 尿嘧啶(U)
空间结构 绝大多数为双链 通常为单链
4．核酸的功能
核酸是生物体中储存与传递遗传信息的生物大分子，在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有十分重要的作用。
名师提醒：DNA是绝大多数生物的遗传物质，是遗传信息的载体。有些病毒(如禽流感病毒)只含有RNA，它们的遗传信息储存在RNA中。
[学习小结]
1．由一分子含氮碱基、一分子五碳糖和一分子磷酸所形成的化合物是( )
A．RNA B．DNA
C．核酸 D．核苷酸
解析：选D 由一分子含氮碱基、一分子五碳糖和一分子磷酸所形成的化合物是核苷酸，核苷酸是核酸的基本组成单位。
2．不同生物含有的核酸种类不同，原核生物和真核生物同时含有DNA和RNA，病毒体内含有DNA或RNA，下列关于碱基、核苷酸、五碳糖种类的描述正确的是( )
选项 A B C D
种类 禽流感病毒 烟草叶肉细胞 烟草花叶病毒 豌豆根毛细胞
碱基 5种 5种 4种 8种
核苷酸 5种 8种 8种 8种
五碳糖 1种 2种 2种 2种
解析：选B 由题干信息可知，原核生物与真核生物同时含有DNA和RNA，由此推知原核生物与真核生物都有5种碱基、8种核苷酸、2种五碳糖；病毒含有DNA或RNA，则一种病毒只有4种碱基、4种核苷酸、1种五碳糖。禽流感病毒与烟草花叶病毒都是病毒，它们体内各有4种碱基、4种核苷酸、1种五碳糖，A、C错误；烟草叶肉细胞、豌豆根毛细胞都是真核细胞，它们都有5种碱基、8种核苷酸、2种五碳糖，B正确，D错误。
3．下列关于如图所示过程的叙述，错误的是( )
A．甲是磷酸，在不同的核苷酸中种类相同
B．乙是五碳糖，在DNA中是脱氧核糖，在RNA中是核糖
C．丙是含氮碱基，在人体细胞的遗传物质中有5种
D．丁是核苷酸，在人体细胞中有8种
解析：选C 磷酸在不同的核苷酸中种类是相同的，A正确；乙是五碳糖，在DNA中是脱氧核糖，在RNA中是核糖，B正确；人体细胞中的遗传物质为DNA，含氮碱基共有4种，C错误；丁是核苷酸，人体细胞中含有DNA和RNA 2种核酸，共含有8种核苷酸，D正确。
4.如图为某核苷酸长链的示意图，下列相关叙述错误的是( )
A．图中所示为脱氧核苷酸长链
B．②只存在于DNA中
C．③在DNA和RNA中相同
D．⑤只能在细胞核中找到
解析：选D 由示意图可知，该核苷酸长链含有胸腺嘧啶T，则应为脱氧核苷酸长链。②为脱氧核糖，只存在于DNA中。③为胞嘧啶，在DNA和RNA中都有。⑤为脱氧核苷酸链，主要位于细胞核中，但在细胞质中也能找到。
5．下列有关遗传信息的叙述，正确的是( )
A．遗传信息只储存在DNA分子中
B．HIV的遗传信息储存在RNA分子中
C．所有生物的DNA都具有相同的脱氧核苷酸排列顺序
D．组成DNA的脱氧核苷酸只有4种，所以连成长链时，其排列顺序是有限的
解析：选B 核酸是细胞内遗传信息的携带者，遗传信息储存于DNA或RNA中。不同DNA中脱氧核苷酸的排列顺序是不同的。组成DNA的脱氧核苷酸虽然只有4种，但如果数量不限，在连成长链时，排列顺序是极其多样的。
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5第2课时 脂质在维持细胞结构和功能中的作用
新课标 核心素养
1.通过对脂质的学习，认识脂质在细胞结构和生命活动中的地位和作用。2.开展“检测生物组织中的脂肪”实验活动。 1.生命观念——能从结构与功能相适应这一视角，认识脂肪分子在细胞生命活动中的作用。2.科学探究——能够运用检测生物组织的化学成分的方法，探究未知生物材料的化学成分，并能够依据检测结果，得出正确的结论。
知识点(一)脂质在维持细胞结构和功能中的作用
1．脂质的元素组成
脂质分子主要由C、H、O 3种元素组成。
2．脂质的种类和功能
(1)脂肪：
①分布：几乎所有细胞中，是组成细胞和生物体的重要化合物。
②功能：是细胞内重要的储能物质。
③特性：不溶于。
(2)磷脂：构成细胞质膜的重要物质。
(3)固醇类：
①胆固醇：是构成动物细胞质膜的成分之一，在人体内还参与血液中脂质的运输。
②性激素：促进人和动物生殖器官的发育和生殖细胞的形成。
③维生素D：促进人和动物对钙和磷的吸收。
(4)蜡：
①分布：通常分布于生物体的表面。
②功能：具有保护作用，果实表面有一层蜡，以避免水分的散失。
(1)脂肪是构成动物细胞质膜的重要成分(×)
(2)维生素D能促进人和动物对钙和磷的吸收(√)
(3)脂肪主要由C、H、O三种元素构成(×)
(4)蜡是一种亲水性的脂质(×)
1．(生命观念)东北虎主要分布于我国长白山、小兴安岭等气温较低的区域；华南虎主要分布于我国长江流域以南等气温较高的区域。与华南虎相比，东北虎中脂肪所占比例较高还是较低？为什么？
提示：较高。东北虎生活区域气温比较低，为了适应低温环境，体内脂肪含量相对较高，可以保持体温，防止热量散失，抵抗严寒环境。
2．(科学思维)依据脂质的种类及功能，某同学提出：“所有细胞都含有脂质”，请你评价该说法是否合理？说出你的理由。
提示：合理。所有细胞都含有细胞质膜，磷脂是构成细胞质膜的主要成分，磷脂属于脂质。
1．脂质与人体健康息息相关，下列叙述错误的是( )
A．分布在内脏器官周围的脂肪具有缓冲作用
B．性激素能促进人对钙和磷的吸收蛇毒中的磷脂酶因水解红细胞膜蛋白而导致溶血
C．摄入过多的反式脂肪酸会增加动脉硬化的风险
D．胆固醇既是细胞质膜的重要组分，又参与血液中脂质的运输
解析：选B 维生素D能促进人对钙磷的吸收。
2．下列关于脂质的说法不正确的是( )
A．组成脂质的化学元素主要是C、H、O，有些脂质还含有N和P
B．当人过多地摄入脂肪类食物又缺少运动时，就有可能导致肥胖
C．胆固醇是一种对人体有害无益的脂质
D．性激素能促进人和动物生殖器官的发育和生殖细胞的形成
解析：选C 组成脂质的元素主要是C、H、O，有些脂质还含有N和P，A正确；当人过多地摄入脂肪类食物又缺少运动时，会使脂肪在体内积累，就有可能导致肥胖，B正确；胆固醇是构成动物细胞质膜的重要成分，在人体内还参与血液中脂质的运输，C错误；性激素能促进人和动物生殖器官的发育以及生殖细胞的形成，D正确。
[归纳提升]
1．脂质的组成元素
脂质是生物体的重要组成成分，主要由C、H、O三种元素组成，有的脂质还含有N、P，如磷脂等。
名师提醒：在人和动物的脑、肝脏、卵细胞以及大豆种子中，含有丰富的脂质。
2．脂质的种类与功能
种类 功能
脂肪 细胞内重要的储能物质
磷脂 组成细胞质膜的重要物质
固醇 胆固醇 ①构成动物细胞质膜的成分之一；②在人体内参与血液中脂质的运输
性激素 促进人和动物生殖器官的发育和生殖细胞的形成
维生素D 促进人和动物对钙和磷的吸收
蜡 对生物体具有保护作用
知识点(二)探究植物细胞是否含有脂肪
1．植物体没有专门的脂肪组织，但植物细胞一般都含有脂肪。
2．苏丹Ⅲ染色液可将脂肪染成橘黄色，若标本上有浮色，可用体积分数为50%的乙醇溶液洗去。
3．在光学显微镜下能够观察到被染色的脂肪颗粒。
(1)苏丹Ⅳ染色液可将脂肪颗粒染成橘黄色(×)
(2)检测生物组织中是否含有脂肪必须要用显微镜观察(×)
(3)在植物体和动物体内都有专门的脂肪组织(×)
1．(生命观念)在实验操作中可以使用哪些染液对脂肪进行检测？
提示：苏丹Ⅲ可将脂肪染成橘黄色，苏丹Ⅳ可将脂肪染成红色。
2．(科学思维)某同学检测大豆种子中是否存在脂肪时，将大豆种子切片，滴加苏丹Ⅲ染色液后，用显微镜观察到视野整体为橘黄色。请你帮他分析出现这种现象的可能原因。
提示：苏丹Ⅲ染色液染色后，没有洗去浮色。
1．下列有关植物油的叙述，正确的是( )
A．组成元素一定是C、H、O、N
B．其主要成分是生物体内主要的能源物质
C．遇到苏丹Ⅲ染色液呈现橘黄色
D．食用后必定引起细胞结构的改变
解析：选C 植物油的主要成分是脂肪，脂肪的组成元素是C、H、O，A错误；生物体内主要的能源物质是细胞中的糖类，B错误；植物油的主要成分是脂肪，遇到苏丹Ⅲ染色液呈现橘黄色，C正确；食用植物油后不会改变细胞的结构，D错误。
2．下列有关细胞中脂质的叙述，不正确的是( )
A．磷脂是构成细胞质膜的重要成分
B．脂肪仅由C、H、O三种元素组成
C．固醇类物质对生物体的生命活动有调节作用
D．磷脂是细胞内良好的储能物质
解析：选D 磷脂是构成细胞质膜的重要成分，A正确；脂肪仅由C、H、O三种元素组成，磷脂的组成元素是C、H、O、N、P，B正确；固醇类物质可以调节生物体的生命活动，C正确；脂肪是细胞内良好的储能物质，D错误。
[归纳提升]
课题研究：植物细胞含有脂肪吗(以洋葱根尖细胞为例)
(1)实验原理：
脂肪＋
(2)实验操作：
(3)实验结论：洋葱的根尖细胞中含有脂肪。
名师提醒：脂肪检测的注意事项
(1)脂肪存在于几乎所有的细胞中。植物体没有专门的脂肪组织，但某些植物细胞富含脂肪。例如，核桃种子的子叶细胞含有大量的脂肪。
(2)若选用核桃种子等作实验材料，需从核桃种子子叶上切下若干薄片。制作切片时，切片要薄。若厚薄不均匀会影响观察。
(3)用苏丹Ⅲ染色液染色后，要用1～2滴体积分数为50%的乙醇溶液洗去被染玻片标本上苏丹Ⅲ染色液的浮色。
[学习小结]
1．某些保健品含有一定量的性激素或性激素类似物，对青少年的发育会造成不良影响。从化学成分上分析，性激素属于( )
A．糖类 B．脂质
C．核酸 D．蛋白质
解析：选B 性激素是一种固醇类激素，属于脂质。
2．脂质在细胞中具有独特的生物学功能，下面是有关脂质的生物学功能，其中属于磷脂生物学的功能是( )
A．是细胞质膜的重要成分
B．是储能物质，具有保温作用
C．构成生物体表面的保护层
D．具有生物学活性，对生命活动起调节作用
解析：选A 脂质包括脂肪、磷脂、固醇类，固醇类又包括性激素、维生素D、胆固醇。磷脂是构成细胞质膜的重要物质；脂肪是储能物质，是很好的绝缘体，具有保温作用；磷脂不构成生物体表面的保护层；固醇具有生物学活性，对生命活动起调节作用。
3．下列能构成细胞质膜结构的重要物质是( )
A．葡萄糖 B．纤维素
C．磷脂 D．脂肪
解析：选C 磷脂是构成细胞质膜的重要成分。
4．下列哪项不是细胞内的脂质具有的功能( )
A．维持高等动物第二性征
B．磷脂的大量积累，利于机体抵御寒冷天气
C．是构成细胞质膜等生物膜的重要物质
D．减少体内热量散失，维持体温相对稳定
解析：选B 脂质中的性激素可以维持高等动物第二性征；脂肪的大量积累有利于机体抵御严寒；脂质中的磷脂是构成细胞质膜等生物膜的重要物质；脂质中的脂肪可以减少体内热量散失，维持体温相对稳定。故选B。
5．糖类和脂质是细胞中两种重要的有机物，下列相关的叙述错误的是( )
A．淀粉、纤维素和糖原的单体都是葡萄糖
B．动物细胞质膜上的脂质包括磷脂、胆固醇等
C．淀粉和脂肪水解的终产物是二氧化碳和水
D．等质量的糖类和脂肪被彻底氧化分解，糖类耗氧少
解析：选C 淀粉、纤维素和糖原均属于多糖，基本单位都是葡萄糖，A项正确；磷脂是构成细胞质膜的重要物质，胆固醇参与动物细胞质膜的组成，使细胞质膜具有一定的“刚性”，B项正确；淀粉水解的终产物是葡萄糖，脂肪水解的终产物是甘油和脂肪酸，C项错误；由于糖类分子中氧原子比例较高，等质量的糖类和脂肪被彻底氧化分解，糖类耗氧少，D项正确。
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5第1课时 碳链是形成生物大分子的骨架、糖类是细胞的重要结构成分和主要能源物质
新课标 核心素养
1.理解碳链是形成生物大分子的骨架。2.概述糖类的种类。3.概述糖类在构成细胞结构和提供细胞生命活动能源上的重要作用。 1.生命观念——从结构和功能相适应这一视角，认识糖类分子在细胞生命活动中的作用。2.科学探究——能够运用检测生物组织的化学成分的方法，探究未知材料的化学成分，并能依据检测结果，得出正确的结论。
知识点(一)碳链是形成生物大分子的骨架
1．碳原子的结构
一个碳原子由位于原子中心的原子核(包括质子和中子)和电子构成，碳原子最外层的四个电子可与其他原子结合，形成共价键。
2．碳骨架
(1)碳原子之间是通过单键或双键相连接的，形成了不同长度的分支状、链状或环状结构，这些结构称为有机化合物的碳骨架。
(2)碳骨架结构的排列和长短决定了有机物的基本性质，多糖、蛋白质和核酸都是由许多基本组成单位(单体)通过碳骨架构成的生物大分子，所以，碳是组成有机化合物的核心元素。
(1)原子的化学性质主要由原子核决定(×)
(2)碳原子的4个价电子可与其他碳原子结合，也可与其他原子结合，但主要与氢、氧、氮及硫结合(√)
(3)有机化合物的基本性质不仅与碳骨架结构的排列和长短有关，还与和碳骨架相连的原子团有关(√)
1．(生命观念)为什么碳元素称为生物体的最基本元素？
提示：碳原子能与其他原子形成4个共价键，易与其他原子结合形成复杂的有机物，有机物是生命活动的物质基础。
2．(生命观念)碳的哪些结构特点使它成为有机化合物的核心元素？
提示：碳的最外层有4个电子，它既可以得到电子，也可以失去电子，并且碳易形成环、链等结构。
1．如图为碳原子结构示意图，据图分析下列叙述错误的是( )
A．①是电子，②是中子
B．①和③的数目不相等
C．②和③的数目相等
D．能与其他原子形成共价键的是④
解析：选D ①是外层电子，②是中子，A正确；①是外层电子共4个，③是质子共6个，数目不相等，B正确；②和③数目相等，都是6个，C正确；能与其他原子形成共价键的是外层的电子①，D错误。
2．下列化合物中不属于生物大分子的是( )
A．蛋白质 B．核酸
C．葡萄糖 D．淀粉
解析：选C 葡萄糖是单糖，属于小分子的有机物。
[归纳提升]
1．单体和多聚体
(1)单体：蛋白质、核酸、多糖等生物大分子的基本组成单位。
(2)多聚体：由许多单体相互连接构成的生物大分子。
2．生物大分子的构成
(1)蛋白质是由许多氨基酸连接而成的，核酸是由许多核苷酸连接而成的，多糖是由许多单糖连接而成的。
(2)每一个单体都以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架，由许多单体连接成多聚体，多聚体参与细胞和生物体的构成。由于碳原子在组成生物大分子中具有重要作用，故碳元素是生命的核心元素。
名师提醒：(1)脂肪是由甘油分子和脂肪酸分子结合而成的，但脂肪的相对分子质量与蛋白质、核酸、多糖相比小很多，一般不称其为生物大分子。磷脂和固醇同样不属于生物大分子。高中阶段，涉及的生物大分子只有蛋白质、核酸、多糖三类化合物。
(2)碳原子的4个价电子可与许多原子结合，也可以与其他碳原子以共价键的形式形成不同长度的链状或环状结构，从而构成有机物的基本骨架。
知识点(二) 糖类是细胞的重要结构成分和主要能源物质
1．糖类的种类与分布(连线)
2．糖类的功能
(1)生物体重要的结构物质。
(2)生物体维持生命活动的主要能源物质。
(3)糖类能与蛋白质等结合形成复杂化合物，在生命活动中发挥重要作用。
(1)糖类的元素组成都只有C、H、O 3种(√)
(2)脱氧核糖和葡萄糖都是五碳糖(×)
(3)一分子二糖水解至少产生一个葡萄糖分子(√)
(4)淀粉和纤维素的水解终产物都是葡萄糖(√)
(5)动物细胞特有的糖是果糖(×)
1．(生命观念)所有糖类都是细胞的能源物质吗？
提示：脱氧核糖、核糖和纤维素不是能源物质。
2．(科学思维、社会责任)某商家宣传其生产的某种食品时，称“该食品由纯天然谷物制成，不含任何糖类，糖尿病患者可放心食用”。你认为这种宣传是否科学？说出你的理由。
提示：不科学，谷物的主要成分是淀粉，淀粉属于多糖。
1．某植物体内可以完成下列反应式(其中◇、○代表不同的单糖)，则◇—○代表的二糖可能是( )
◇—○＋水◇＋○
A．麦芽糖 B．乳糖
C．蔗糖 D．B和C
解析：选C 由题图可知，该二糖是由两个不同的单糖组成，麦芽糖水解后产生两分子葡萄糖，乳糖水解后产生一分子半乳糖和一分子葡萄糖，蔗糖水解后产生一分子葡萄糖和一分子果糖。而乳糖是动物体内所特有的二糖。
2．在动物细胞和植物细胞中以储存能量的形式存在的糖类分别是( )
A．葡萄糖、淀粉 B．葡萄糖、糖原
C．纤维素、淀粉 D．糖原、淀粉
解析：选D 淀粉是植物细胞的储能物质；糖原是动物细胞的储能物质；纤维素不是储能物质。
[归纳提升]
1．组成元素
(1)糖类分子都是由C、H、O三种元素构成的。
(2)多数糖类分子中氢原子数和氧原子数之比是2∶1，类似水分子，所以糖类又被称为“碳水化合物”。
名师提醒：不要认为所有糖类中氢原子数和氧原子数之比都为2∶1，如C5H10O4(脱氧核糖)；也不要认为分子中氢原子数和氧原子数之比为2∶1的都是糖类，如CH2O(甲醛)。
2．基本功能
(1)糖类是细胞中主要的能源物质，一般来说，生物体进行生命活动所需能量的70%以上是由糖类提供的。
(2)糖类是构成细胞和生物体的重要成分。
3．种类和功能
种类 概念 名称 分子式 主要分布 主要功能
单糖 不能水解的糖 五碳糖 核糖 C5H10O5 动植物细胞 RNA的组成成分之一
脱氧核糖 C5H10O4 DNA的组成成分之一
六碳糖 葡萄糖 C6H12O6 细胞生命活动所需要的主要能源物质
果糖 植物细胞 提供能量
半乳糖 动物细胞
二糖 由两分子单糖脱水缩合而成的糖 蔗糖 C12H22O11 植物细胞，甜菜、甘蔗中较多 水解成单糖而供能
麦芽糖 植物细胞，发芽的谷粒中较多
乳糖 人和动物的乳汁中
多糖 水解后能够生成许多单糖的糖 淀粉 (C6H10O5)n 植物细胞 植物细胞中重要的储能物质
纤维素 植物细胞壁的主要组成成分
糖原 肝糖原 动物肝脏 储存能量，调节血糖
肌糖原
动物肌肉 剧烈运动时氧化分解供能
知识点(三)检测生物组织中的糖类
1．淀粉与碘分子结合产生变色反应，溶液变成蓝色。
2．葡萄糖、麦芽糖等可溶性还原糖与斐林试剂反应，产生砖红色沉淀。
3．斐林试剂由质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液和质量浓度为0.05 g/mL的CuSO4溶液按1∶1的比例混合配制而成。
(1)蔗糖与斐林试剂反应可以产生砖红色沉淀(×)
(2)淀粉与碘分子结合变成蓝色(√)
(3)西瓜汁是检测还原糖的首选材料(×)
1．(生命观念)斐林试剂由何类物质构成？使用时应注意哪些问题？使用条件如何？
提示：斐林试剂由质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液和质量浓度为0.05 g/mL的CuSO4溶液混合配制而成，使用时应现用现配，且需隔水加热处理。
2．(科学思维、科学探究)某同学设计了如下实验方案：
向试管中加入适量番茄匀浆，然后加入刚配制的斐林试剂，隔水加热。试分析实验设计是否合理，若不合理，请加以改正。
提示：不合理。应将番茄改为苹果或梨等无色或近乎无色的材料，因为番茄匀浆为红色，会干扰实验结果。
1．久置的纯蔗糖溶液，加入斐林试剂，经加热后会出现砖红色沉淀，下列对此问题的解释中，正确的是( )
A．蔗糖溶液外置后，会被氧气氧化而具备还原性
B．蔗糖是一种还原糖
C．蔗糖溶液中的微生物将蔗糖水解后产生还原糖
D．蔗糖被微生物氧化分解后生成还原糖
解析：选C 蔗糖是非还原糖，不与斐林试剂发生颜色反应。蔗糖溶液加入斐林试剂后出现砖红色沉淀，说明蔗糖中含有还原糖，又因为是纯蔗糖，不会是蔗糖的纯度问题，所以最可能是蔗糖溶液中的微生物将蔗糖水解后生或还原糖。
2．某学生进行了下面的实验：他将碘液滴在一块干面包上，面包变成了深蓝色；他嚼碎了另一块面包，并用斐林试剂检测，溶液中出现了砖红色沉淀。因此，他得出结论，面包被嚼碎时产生了还原糖。这位学生的实验设计的错误之处在于( )
A．未对嚼碎的面包做淀粉检测
B．未对唾液做淀粉检测
C．未对干面包做还原糖的检测
D．未考虑面包的制作时间
解析：选C 将碘液滴在干面包(未嚼碎)上，面包变成了深蓝色，只能说明其中含有淀粉，并不能排除有还原糖，因此还需对干面包做是否含还原糖的检测。
[归纳提升]
检测生物组织中的糖类
检测物质 淀粉 还原糖
设计思路 利用某些化学试剂能与生物组织中的有机物产生特定的颜色反应的原理，来检测有关物质的存在
实验原理 淀粉遇稀碘液变蓝色 还原糖与斐林试剂在水浴加热条件下，生成砖红色沉淀
实验材料 蔗糖、淀粉 蔗糖、淀粉
实验方法 ①取2支试管，编号A和B；②称取蔗糖和淀粉各2 g，分别溶解在100 mL清水中；③量取3 mL蔗糖溶液和淀粉溶液，分别注入A、B 2支试管中；④向2支试管中滴入等量的稀碘液，观察颜色变化 ①取3支试管，编号C、D和E；②量取3 mL蔗糖溶液和淀粉溶液，分别注入C、D 2支试管中，再分别滴加1 mL清水；③向第3支试管E中加入淀粉溶液3 mL后，滴入稀释的唾液1 mL；④向3支试管中分别加入2 mL斐林试剂，水浴加热，观察颜色变化
实验结果 A管不变蓝，B管变为蓝色 C、D管不出现砖红色沉淀，E管出现砖红色沉淀
对照方法 相互对照
名师提醒：斐林试剂的配制及使用：质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液和质量浓度为0.05 g/mL的CuSO4溶液等量混匀。斐林试剂不稳定，平时需要将NaOH溶液和CuSO4溶液分别配制、储存，使用时再混合，即现用现配，切勿将NaOH溶液、CuSO4溶液分别加入组织样液中进行检测。
[学习小结]
1．下列糖类中属于单糖的是( )
A．蔗糖 B．核糖
C．糖原 D．淀粉
解析：选B 蔗糖属于二糖，糖原和淀粉属于多糖，只有核糖属于单糖。
2．谷物中含量丰富的多糖是( )
A．糖原和纤维素 B．淀粉和糖原
C．淀粉和纤维素 D．葡萄糖和蔗糖
解析：选C 糖原是动物体内的多糖，葡萄糖和蔗糖不属于多糖。
3．下列选项中，属于动植物细胞共有的糖类是( )
A．淀粉、脱氧核糖、乳糖
B．葡萄糖、淀粉和果糖
C．葡萄糖、核糖、脱氧核糖
D．麦芽糖、果糖、乳糖
解析：选C 淀粉、果糖和麦芽糖是植物特有的糖，乳糖是动物特有的糖。
4．碳元素是构成细胞的最基本元素，对此最有说服力的解释是( )
A．细胞内的各种化合物中含量最多的元素是碳元素
B．碳元素在自然界中含量最多
C．细胞内的各种化合物中都含有碳元素
D．碳链构成了有机物的基本骨架
解析：选D 碳元素不是细胞内的各种化合物中含量最多的元素，A错误；自然界中含量最多的元素是氧元素，B错误；细胞中的无机化合物中不一定含有碳元素，如水中没有碳元素，C错误；生物体内有机物中都含有碳元素，碳链构成了生物大分子的基本骨架，所以碳元素是构成细胞的最基本元素，D正确。
5．下列关于糖类化合物的叙述，正确的是( )
A．葡萄糖、果糖、半乳糖都是还原糖，但元素组成不同
B．淀粉、糖原、纤维素都是由葡萄糖聚合而成的多糖
C．蔗糖、麦芽糖、乳糖都可与斐林试剂反应生成砖红色沉淀
D．蔗糖是淀粉的水解产物之一，麦芽糖是纤维素的水解产物之一
解析：选B 葡萄糖、果糖、半乳糖都是单糖，都具有还原性，且糖类的元素组成只有C、H、O三种；糖原、纤维素和淀粉都是多糖，三者的基本单位都是葡萄糖；蔗糖、麦芽糖、乳糖都是二糖，但是蔗糖没有还原性，不能与斐林试剂反应生成砖红色沉淀；淀粉和纤维素的水解产物都是葡萄糖。
6．下列有关细胞中糖类的叙述，正确的是( )
A．单糖和二糖都能水解
B．某些糖类是组成细胞的结构物质
C．糖类都能为人体细胞提供能量
D．淀粉和纤维素水解的最终产物不同
解析：选B 单糖是不能再水解的糖，而二糖可以水解为单糖，A错误；某些糖类是细胞结构的重要组成成分，如纤维素是构成植物细胞壁的主要成分，B正确；不是所有的糖类都能提供能量，核糖、脱氧核糖不能为人体细胞提供能量，C错误；淀粉和纤维素水解的最终产物相同，都是葡萄糖，D错误。
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